近些年来,随着生物医用材料领域的不断发展,研究者们对于一些纳米材料在生物医学上的可能性上做出了非常多的试验和探究。石墨烯,氧化石墨烯,碳纳米管等碳基的纳米材料首先引起了研究者们的想象,这些碳基纳米材料已经在医学材料领域中的各种不同应用方向上被广泛的进行试验。氮化硼纳米材料具有与碳基纳米材料相当的高导热性和出色的机械强度。相比于石墨烯,氮化硼纳米材料在其他方面也具有非凡的性能,例如良好的化学稳定性,极高的抗氧化性和出色的电绝缘性,这些良好的独特性可能可以为氮化硼纳米材料提供广阔的作为生物材料的应用前景。实验上已经有许多有关于氮化硼纳米材料在药物递送,抗菌作用,组织工程上应用可能的探究。但是其在生物体内的复杂相互作用的相关理论机制的认识还非常有限,如今也已经存在关于氮化硼纳米材料的本身的物理性质的变化,例如:尺寸,表面积等,对其生物相容性影响的许多探究的实验工作。而对于氮化硼纳米管的曲率这一物理量变化所导致材料生物相容性影响探究较少,通过实验的手段探究的各种结论也出现了不一的情况。本文另辟新径,选择理论计算的研究方法,对氮化硼纳米材料的曲率这一物理量的变化对氮化硼纳米材料的生物相容性的影响进行一次深入的微观层面的探究。以期从氮化硼纳米材料对生物分子产生的作用表现,作用键的变化和能量变化等计算结果和分析等方面进行微观理论机制上的阐释和预测。本文在计算方法上选择了三种理论计算的方法,这三种理论方法的计算精确度逐级更优良。首先是基于分子尺度的分子动力学模拟的方法,采用这种方法的优点是可以观察到氮化硼纳米材料与生物分子之间的相互作用的动态的过程,对于这些分子之间是否存在相互作用可以得出一个初步的判断。但是这样得到的信息比较初浅。而采用第二种紧束缚密度泛函方法就可以对分子动力学模拟过程中产生的重点结合区域的氨基酸和材料之间的作用进行更为细致的亚原子层面的探究。紧束缚密度泛函方法既可以保证一定的计算精度,相比较密度泛函方法对于计算原子的数量又具有更大的包容性。第三种方法是分子力学与量子力学结合的方法,在对不同氨基酸与氮化硼材料间的吸附能大小进行对比统计时可以达到量子力学的计算精度,在计算精度上的进一步升级,以此来规避DFTB方法中为了扩大计算的原子数量,从而减小了计算精度的缺陷。运用此方法更是对于第二种计算方法的证明和补充,保证研究结论的准确性与可信性。本文通过这样三种多尺度模拟方法对氮化硼纳米材料的生物应用进行了研究。研究内容与结论包括:一、采用分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟方法将氮化硼纳米片和不同曲率的氮化硼纳米管分别与鸡维生素头部蛋白HP35一同置于水溶液中进行至少50ns的模拟。通过观察其结合过程,RMSD值的计算,分析蛋白质内二级结构和蛋白质内氢键变化,统计二者之间的能量变化,最后得到结论:氮化硼纳米管与蛋白质的结合强度随其曲率的减小而加强。蛋白质的结构由氮化硼曲率的下降由完整向不完整发展。二、在了解HP35蛋白质分子与不同曲率的氮化硼纳米管之间分子层面的相互作用后,采用密度泛函紧束缚(DFTB)方法计算蛋白质种所含氨基酸与氮化硼纳米材料之间的吸附能。该工作比较了不同氨基酸与氮化硼纳米材料间的吸附强度,对氮化硼纳米管,纳米片与蛋白质的相互作用给予了更微观的分析探究。对不同种类氨基酸与氮化硼纳米材料的作用规律有了进一步认识。三、采用结合了量子力学与分子力学(QM/MM)的计算方法对上述DFTB方法计算结果进行了验证。QM/MM计算后的数据与DFTB计算数据呈现出相同的趋势。对于所有的氨基酸,Ead值会随着BN纳米材料曲率的降低而降低。对于不同种类的氨基酸,(5 5)BNNT始终具有最大的Ead值,而对于不同种类的氨基酸,BNNS始终具有最小的Ead值。总而言之,通过不同尺度的三种计算方法的结合与互证,我们比较了不同氨基酸与氮化硼纳米材料间的吸附强度,从而研究了氮化硼纳米管,纳米片与蛋白质的相互作用机制,对氮化硼纳米材料运用于生物医学领域提供了相关的理论机制。